JP2013089907A - Silicon carbide semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化珪素半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device.
炭化珪素半導体(SiC)は、シリコン半導体よりも絶縁破壊電圧が大きく、エネルギーバンドギャップが広く、また、熱伝導度が高いなど優れた特徴を有するので、発光素子、大電力パワーデバイス、耐高温素子、耐放射線素子、高周波素子等への応用が期待されている。 Silicon carbide semiconductor (SiC) has superior characteristics such as a higher breakdown voltage, a wider energy band gap, and higher thermal conductivity than silicon semiconductor, and thus has excellent characteristics such as a light emitting element, a high power power device, and a high temperature resistant element. Applications to radiation resistant elements, high frequency elements, etc. are expected.
従来、SiCショットキーバリアダイオードは、順方向にサージ電流が流れた際に、比較的低いサージ電流でも素子破壊が引き起こされることが知られている。この問題を解決するために、SiC半導体素子の一つの表面にn型領域とp型領域とを並列に配置し、大電流導通時にp型領域から少数キャリアである正孔の注入が起こるようにした素子構造が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。このような素子構造とした場合、サージ耐量を向上させることができる。 Conventionally, SiC Schottky barrier diodes are known to cause element breakdown even when a surge current flows in the forward direction, even with a relatively low surge current. In order to solve this problem, an n-type region and a p-type region are arranged in parallel on one surface of the SiC semiconductor element so that holes that are minority carriers are injected from the p-type region when a large current is conducted. An element structure has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1). In the case of such an element structure, surge resistance can be improved.
このような素子構造は、MPS(Merged PN Schottky)構造と呼ばれている。MPS構造では、半導体素子の一方の表面にショットキーダイオードとpn型ダイオードとを交互に配置している。従来のMPS構造ではこのようにショットキーバリアダイオード内にpnダイオードを設けることで順方向電流サージに強い、すなわち、IFSM(Forward Surge Maximum)が高い構造を実現している。
なお、JBS(Junction Barrier Controlled Shottky)ダイオードも基本的な構造はMPSダイオードと同様である。
Such an element structure is called an MPS (Merged PN Schottky) structure. In the MPS structure, Schottky diodes and pn-type diodes are alternately arranged on one surface of the semiconductor element. In the conventional MPS structure, by providing the pn diode in the Schottky barrier diode as described above, a structure that is resistant to a forward current surge, that is, a high IFSM (Forward Surge Maximum) is realized.
The basic structure of a JBS (Junction Barrier Controlled Shotky) diode is the same as that of an MPS diode.
しかしながら、従来のMPS構造においては、p型オーミック電極をp型半導体層上に設ける際にはp型半導体層に対して数μm〜10数μmのマージンを各p型オーミック電極のために設ける必要があるため、このマージンが素子面積の縮小化を妨げていた。すなわち、従来のMPS構造は、素子の中央部に複数のpnダイオードが設けられ、各pnダイオード上にp型オーミック電極が配置する構成であり、素子の中央部に複数のp型オーミック電極が配置する。この構成では素子の中央部にp型オーミック電極の数だけマージン用のスペースが必要となり、このマージンが素子の微細化を妨げていた。 However, in the conventional MPS structure, when providing the p-type ohmic electrode on the p-type semiconductor layer, it is necessary to provide a margin of several μm to several tens of μm for each p-type ohmic electrode with respect to the p-type semiconductor layer. Therefore, this margin hinders reduction of the element area. That is, the conventional MPS structure has a configuration in which a plurality of pn diodes are provided in the center of the element, and a p-type ohmic electrode is disposed on each pn diode, and a plurality of p-type ohmic electrodes are disposed in the center of the element. To do. In this configuration, a margin space as many as the number of p-type ohmic electrodes is required at the center of the element, and this margin hinders miniaturization of the element.
また、従来のMPS構造においては、p型オーミック電極が素子の中央部のボンディング領域にあるため、ボンディングの際にボンディングパワーを高めていくと素子特性を損ねる場合があった。 Further, in the conventional MPS structure, since the p-type ohmic electrode is in the bonding region at the center of the element, the device characteristics may be impaired if the bonding power is increased during bonding.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、素子の端部に配置するリング状のJTE領域に隣接してその内側にリング状にJTE領域より高濃度のp型不純物領域を形成し、そのp型不純物領域上の一部にのみp型オーミック電極を設ける構成とすることにより、順方向電流サージ耐性の機能を素子の端部側に担わせると共に、素子の中央部分にp型オーミック電極を配置しないことにより、ボンディング耐性を向上させた炭化珪素半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and a p-type impurity region having a higher concentration than the JTE region is formed in a ring shape adjacent to the ring-shaped JTE region disposed at the end of the element. In addition, by providing a p-type ohmic electrode only on a part of the p-type impurity region, a function of resistance to forward current surge is assigned to the end portion of the element, and a p-type is provided in the central portion of the element. An object of the present invention is to provide a silicon carbide semiconductor device having improved bonding resistance by disposing no ohmic electrode and a method for manufacturing the same.
上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
(1)炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板上に形成されたn型炭化珪素層と、前記n型炭化珪素層の表面近傍に、平面視してリング状に形成された低濃度p型JTE領域と、前記n型炭化珪素層の表面近傍の前記低濃度p型JTEの内側に、該低濃度p型JTE領域に接触して、平面視してリング状に形成された高濃度p型領域と、前記高濃度p型領域上の一部に形成されたp型オーミック電極と、前記p型オーミック電極を覆うと共に、前記高濃度p型領域上及び前記n型炭化珪素層上に形成されたショットキー電極と、前記ショットキー電極上に形成された第1の電極と、前記炭化珪素基板の前記n型炭化珪素層が形成されていない側に形成された第2の電極と、を備えたことを特徴とする炭化珪素半導体装置。
(2)前記低濃度p型JTE領域が、平面視してリング状に形成された、不純物濃度が異なる複数のp型領域が互いに隣接してなることを特徴とする前項(1)に記載の炭化珪素半導体装置。
(3)前記高濃度p型領域の面積が低濃度p型JTE領域で囲繞された領域の面積の0.8〜3.5倍の大きさであることを特徴とする前項(1)又は(2)のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置。
(4) 前記低濃度p型JTE領域と前記高濃度p型領域とは相似形であって、前記高濃度p型領域のリング形状の幅は前記低濃度p型JTEのリング形状の幅の2.5〜5倍の大きさであることを特徴とする前項(1)から(3)のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
(1) A silicon carbide substrate, an n-type silicon carbide layer formed on the silicon carbide substrate, and a low-concentration p-type JTE formed in a ring shape in plan view near the surface of the n-type silicon carbide layer A high-concentration p-type region formed in a ring shape in plan view in contact with the low-concentration p-type JTE region on the inside of the low-concentration p-type JTE near the surface of the n-type silicon carbide layer And a p-type ohmic electrode formed in a part on the high-concentration p-type region, and the p-type ohmic electrode, and formed on the high-concentration p-type region and the n-type silicon carbide layer. A Schottky electrode; a first electrode formed on the Schottky electrode; and a second electrode formed on a side of the silicon carbide substrate where the n-type silicon carbide layer is not formed. The silicon carbide semiconductor device characterized by the above-mentioned.
(2) The low-concentration p-type JTE region is formed in a ring shape in plan view, and a plurality of p-type regions having different impurity concentrations are adjacent to each other. Silicon carbide semiconductor device.
(3) The area of the high concentration p-type region is 0.8 to 3.5 times larger than the area of the region surrounded by the low concentration p-type JTE region (1) or ( 2) The silicon carbide semiconductor device according to any one of 2).
(4) The low-concentration p-type JTE region and the high-concentration p-type region are similar in shape, and the ring-shaped width of the high-concentration p-type region is 2 of the ring-shaped width of the low-concentration p-type JTE. The silicon carbide semiconductor device according to any one of (1) to (3), wherein the size is 5 to 5 times.
本発明の「リング状」とは、円状に限らず、矩形に近い形状やその他の形状でも構わない。 The “ring shape” of the present invention is not limited to a circular shape, and may be a shape close to a rectangle or other shapes.
本発明の炭化珪素半導体装置によれば、n型炭化珪素層の表面近傍の前記低濃度p型JTEの内側に、該低濃度p型JTE領域に接触して、平面視してリング状に形成された高濃度p型領域と、高濃度p型領域上の一部に形成されたp型オーミック電極とを備えた構成を採用したので、p型オーミック電極は素子の端部側に寄っており、p型オーミック電極用のマージンは素子の端部側にだけ設ければよいので、素子面積の縮小化を図ることができる。また、p型オーミック電極は素子の端部側に寄っており、素子の中央部分にはp型オーミック電極がないので、ボンディングの際に、p型オーミック電極に起因した素子特性の損失を招くことがない。 According to the silicon carbide semiconductor device of the present invention, it is formed inside the low-concentration p-type JTE near the surface of the n-type silicon carbide layer, in contact with the low-concentration p-type JTE region, and in a ring shape in plan view. Since the structure including the high-concentration p-type region formed and the p-type ohmic electrode formed on a part of the high-concentration p-type region is employed, the p-type ohmic electrode is close to the end side of the element. Since the margin for the p-type ohmic electrode need only be provided on the end side of the element, the element area can be reduced. In addition, the p-type ohmic electrode is closer to the end of the element, and since there is no p-type ohmic electrode in the center of the element, a loss of element characteristics due to the p-type ohmic electrode is caused during bonding. There is no.
本発明の炭化珪素半導体装置によれば、低濃度p型JTE領域が、平面視してリング状に形成された、不純物濃度が異なる複数のp型領域が互いに隣接してなる構成を採用することにより、電界集中をより滑らかに緩和することができる。 According to the silicon carbide semiconductor device of the present invention, the low-concentration p-type JTE region is formed in a ring shape in plan view, and adopts a configuration in which a plurality of p-type regions having different impurity concentrations are adjacent to each other. Thus, the electric field concentration can be relaxed more smoothly.
本発明の炭化珪素半導体装置によれば、高濃度p型領域の面積が低濃度p型JTE領域で囲繞された領域の面積の0.8〜3.5倍の大きさである構成を採用することにより、従来のストライプ状のpnダイオード構造に比べてIFSM能力を低減することなく、ボンディング耐性の向上を図ることができる。 According to the silicon carbide semiconductor device of the present invention, a configuration is employed in which the area of the high-concentration p-type region is 0.8 to 3.5 times the area of the region surrounded by the low-concentration p-type JTE region. As a result, the bonding resistance can be improved without reducing the IFSM capability as compared with the conventional striped pn diode structure.
本発明の炭化珪素半導体装置によれば、低濃度p型JTE領域と高濃度p型領域とは相似形であって、高濃度p型領域のリング形状の幅は低濃度p型JTEのリング形状の幅の2.5倍以上の大きさである構成を採用することにより、JTEの効果を持たせながら高濃度p層を利用して順サージ吸収部分を設けることができる。 According to the silicon carbide semiconductor device of the present invention, the low-concentration p-type JTE region and the high-concentration p-type region are similar in shape, and the ring-shaped width of the high-concentration p-type region is the ring shape of the low-concentration p-type JTE. By adopting a configuration that is at least 2.5 times as large as the width, the forward surge absorbing portion can be provided using the high-concentration p-layer while providing the effect of JTE.
以下、本発明について、図を用いてその構成を説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features easy to understand, there are cases where the portions that become the features are enlarged for convenience, and the dimensional ratios of the respective components are not always the same as the actual ones. . In addition, the materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are examples, and the present invention is not limited to them, and can be appropriately changed and implemented without changing the gist thereof.
〔炭化珪素半導体装置(第1の実施形態)〕
図1(a)は、本発明を適用した第1の実施形態の炭化珪素半導体装置(ショットキーバリアダイオード)の一部の一例を示した平面模式図である。図1(b)は、図1(a)で示したA−A’線に沿った断面模式図である。
図1(a)及び図1(b)を参照して以下に詳細に説明する。
[Silicon carbide semiconductor device (first embodiment)]
FIG. 1A is a schematic plan view showing an example of a part of the silicon carbide semiconductor device (Schottky barrier diode) of the first embodiment to which the present invention is applied. FIG. 1B is a schematic cross-sectional view along the line AA ′ shown in FIG.
This will be described in detail below with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b).
炭化珪素半導体装置100は、炭化珪素基板1と、炭化珪素基板1上に形成されたn型炭化珪素層2と、n型炭化珪素層2の表面近傍に、平面視してリング状に形成された低濃度p型JTE領域3と、n型炭化珪素層2の表面近傍の低濃度p型JTE3の内側に、該低濃度p型JTE領域3に接触して、平面視してリング状に形成された高濃度p型領域4と、高濃度p型領域4上の一部に形成されたp型オーミック電極5と、p型オーミック電極5を覆うと共に、高濃度p型領域4上及びn型炭化珪素層2上に形成されたショットキー電極6と、ショットキー電極6上に形成された第1の電極(図示せず)と、炭化珪素基板の前記n型炭化珪素層が形成されていない側に形成された第2の電極(図示せず)と、を備えている。
Silicon
炭化珪素基板1としては、SiC単結晶である4H−SiC基板を用いることができる。また、面方位はc面であり、オフ角が設けられていてもよい。さらに、Si面を用いても、C面を用いてもよい。このSiC単結晶基板1は、高濃度にn型不純物がドープされたn型半導体基板とされている。
As
n型炭化珪素層2としては、炭化珪素単結晶基板1上にエピタキシャル成長をさせて形成するのが好ましい。
N-type
低濃度p型JTE領域3は、ショットキー接合の周縁部(素子の端部)における電界集中を緩和するために設けたものである。ショットキー接合の周縁部から周辺に向かって不純物濃度が低くなるように構成されているのが好ましい。
The low-concentration p-
高濃度p型領域(p型不純物領域)4は、n型炭化珪素層2内に形成されて、n型炭化珪素層2との界面にpn接合が形成されることになる。これにより、炭化珪素半導体装置100の整流性が向上する。
高濃度p型領域4は、ショットキー接合の周縁部(素子の端部)に配置する低濃度p型JTE3の内側に低濃度p型JTE領域3に接触するように形成されている。すなわち、p型オーミック電極5が上に形成される高濃度p型領域4は、素子の中央部分ではなく、ショットキー接合の周縁部(素子の端部)側に形成されている。
High-concentration p-type region (p-type impurity region) 4 is formed in n-type
The high concentration p-
高濃度p型領域4の面積が低濃度p型JTE領域3で囲繞された領域(図1中で低濃度p型JTE領域3の内側の領域)の面積の0.8〜3.5倍の大きさであるのが好ましい。0.8倍以下では、従来のストライプ状のp型不純物領域が有していた順方向電流サージ耐性と同程度の耐性を発揮できないからである。また、3.5倍以上ではパッド電極が焼損してしまいそれ以上耐量は大きくならないためである。
The area of the high-concentration p-
高濃度p型領域4は、低濃度p型JTE領域3と相似形であって、高濃度p型領域4のリング形状の幅は低濃度p型JTE領域3のリング形状の幅の2.5〜5倍の大きさであるのが好ましい。2.5倍以下では、十分な順方向サージ耐量を得ることが出来ないからである。また、5倍以上では、高濃度p型領域4の面積を大きくするだけで耐量を改善できないからである。
The high-concentration p-
p型オーミック電極5は、ショットキー接合の周縁部(素子の端部)側に配置する高濃度p型領域4上の一部に形成されている。p型オーミック電極5は、素子の中央部分ではなく、ショットキー接合の周縁部(素子の端部)側にのみ設けられている。
このように、順方向電流サージ耐性の機能を素子の端部側に担わせ、素子の中央部分にp型オーミック電極を配置しない構成であるため、ボンディング耐性が向上されている。
p型炭化珪素に対してオーミック性電極を形成する金属の一つとして、チタン−アルミニウム(Ti−Al)合金が知られている。
The p-
As described above, since the forward current surge resistance function is assigned to the end portion of the element and the p-type ohmic electrode is not disposed in the central portion of the element, the bonding resistance is improved.
A titanium-aluminum (Ti-Al) alloy is known as one of metals forming an ohmic electrode with respect to p-type silicon carbide.
図2は、p型オーミック電極5の周辺の拡大図であって、後述する合金化前のものである。
図2に示すように、p型オーミック電極5は、高濃度p型領域4側に設けられた第1合金層5aと、第1合金層5aを挟んで高濃度p型領域4と反対側に設けられた第2合金層5bとの二層構造を有している。なお、電極の断面観察において二層構造が観察されるp型オーミック電極5は、オーミック特性が良好で且つ表面状態が良好な電極となっている。これは、後述する炭化珪素半導体装置の製造方法において説明するように、p型オーミック電極5の形成において、チタンを蒸着した後にアルミニウムを積層するという順序になっていることと関連している。したがって、上記積層順序と異なる場合には、明確な層として観察されない。
なお、第1合金層5aと第2合金層5bとの境界は、電子顕微鏡を用いて断面を観察した際にコントラストが異なる境界から定めることができる。
FIG. 2 is an enlarged view of the periphery of the p-
As shown in FIG. 2, the p-
Note that the boundary between the
p型オーミック電極5は、少なくともチタン、アルミニウムを含む二元系の合金層である。そして、この合金層のチタンとアルミニウムの割合は、アルミニウム(Al)が40〜70質量%、チタン(Ti)が20〜50質量%であることが好ましい。アルミニウムが40質量%未満であると、オーミック性を示さないために好ましくなく、アルミニウムが70質量%を越えると、余剰のアルミニウムが液相を形成して周囲に飛散し、SiO2等の保護膜と反応してしまうために好ましくない。また、Tiが20%未満であると、余剰のアルミが周囲に飛散し、SiO2保護膜と反応してしまうために好ましくなく、50質量%を超えるとオーミック性を示さないために好ましくない。
The p-
ショットキー電極6は、高濃度p型領域4及びn型炭化珪素層2上に形成され、高濃度p型領域4及びn型炭化珪素層2とショットキー金属部5との界面には、金属と半導体との接合によって生じるショットキー障壁が形成され、ショットキー接合領域が形成される。これにより、炭化珪素半導体装置(ショットキーバリアダイオード)100の順方向の電圧降下をpnダイオードに比べて低くするとともに、スイッチング速度を速くすることができる。
なお、電極全体でショットキー接合領域が占める面積の割合を大きくすることにより、順方向に電流を流したときの電圧降下を小さくして、電力損失を小さくすることができる。
The
Note that by increasing the ratio of the area occupied by the Schottky junction region in the entire electrode, the voltage drop when a current is passed in the forward direction can be reduced and the power loss can be reduced.
なお、炭化珪素半導体装置の素子の中央部分(高濃度p型領域4の内側の部分(図1(b)中の点線で囲まれた部分P))には、p型オーミック電極5を上に有さない態様で、pn接合領域を設けるためにp型不純物領域を形成してもよい。
Note that the p-
〔炭化珪素半導体装置(第2の実施形態)〕
図3(a)は、本発明を適用した第2の実施形態の炭化珪素半導体装置の一部の一例を示した平面模式図である。図3(b)は、図3(a)で示したB−B’線に沿った断面模式図である。
図3(a)及び図3(b)を参照して以下に詳細に説明する。
[Silicon Carbide Semiconductor Device (Second Embodiment)]
FIG. 3A is a schematic plan view showing an example of part of the silicon carbide semiconductor device of the second embodiment to which the present invention is applied. FIG. 3B is a schematic cross-sectional view taken along the line BB ′ shown in FIG.
This will be described in detail below with reference to FIGS. 3 (a) and 3 (b).
炭化珪素半導体装置200は、炭化珪素基板1と、炭化珪素基板1上に形成されたn型炭化珪素層2と、n型炭化珪素層2の表面近傍に、平面視してリング状に形成された、不純物濃度が異なる2個のp型領域33a、33bが互いに隣接してなる低濃度p型JTE領域33と、n型炭化珪素層2の表面近傍の低濃度p型JTE33の内側に、該低濃度p型JTE領域33に接触して、平面視してリング状に形成された高濃度p型領域4と、高濃度p型領域4上の一部に形成されたp型オーミック電極5と、p型オーミック電極5を覆うと共に、高濃度p型領域4上及びn型炭化珪素層2上に形成されたショットキー電極6と、ショットキー電極6上に形成された第1の電極(図示せず)と、炭化珪素基板の前記n型炭化珪素層が形成されていない側に形成された第2の電極(図示せず)と、を備えている。
Silicon
第2の実施形態の炭化珪素半導体装置では、低濃度p型JTE領域が不純物濃度が異なる2個のp型領域からなる点が第1の実施形態の炭化珪素半導体装置と異なる。
図3で示した例では、不純物濃度が異なるp型領域は2個だが、3個以上であってもよい。
The silicon carbide semiconductor device of the second embodiment differs from the silicon carbide semiconductor device of the first embodiment in that the low-concentration p-type JTE region is composed of two p-type regions having different impurity concentrations.
In the example shown in FIG. 3, the number of p-type regions having different impurity concentrations is two, but may be three or more.
不純物濃度が異なる複数のp型領域は素子の周辺に行くほど、不純物濃度が低くなる構成であることが好ましい。電界集中をより滑らかに緩和できるからである。
図3で示した例では、p型領域33bの方がp型領域33aよりも不純物濃度が低いのが好ましい。
The plurality of p-type regions having different impurity concentrations are preferably configured such that the impurity concentration decreases toward the periphery of the element. This is because the electric field concentration can be relaxed more smoothly.
In the example shown in FIG. 3, the p-
〔炭化珪素半導体装置の製造方法〕
本発明の実施形態であるショットキーバリアダイオード100の製造方法について説明する。図4〜図12は、本実施形態のショットキーバリアダイオード100の製造方法の一例を説明する工程断面図である。なお、図1及び図2で示した部材と同一の部材については同一の符号を付している。
[Method of Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device]
A method for manufacturing the
本実施形態のショットキーバリアダイオード100の製造方法は、SiC単結晶基板1の表面1aに低濃度p型JTE領域3及び高濃度p型領域4を形成する工程(p型不純物領域形成工程)と、p型オーミック電極5を形成する工程(p型オーミック電極形成工程)と、低濃度p型JTE領域3、高濃度p型領域4及びp型オーミック電極5を覆うように保護膜7を形成する工程(保護膜形成工程)と、SiC単結晶基板1の裏面1bに裏面オーミック電極8を形成する工程(裏面オーミック電極形成工程)と、低濃度p型JTE領域3、高濃度p型領域4及びp型オーミック電極5と接続されたショットキー電極6を形成する工程(ショットキー電極形成工程)と、ショットキー電極6を覆うように表面パッド電極9を形成する工程(表面パッド電極形成工程)と、を備える。
The manufacturing method of the
<p型不純物領域形成工程>
まず、図4に示すように、SiC単結晶基板(炭化珪素基板)1上にn型エピタキシャル層(n型炭化珪素層)2を形成する。
n型エピタキシャル層(n型炭化珪素層)2上を清浄化するために、基板を洗浄する。洗浄としては例えば、硫酸+過酸化水素、水酸化アンモニウム+過酸化水素、塩酸+過酸化水素、フッ酸水溶液等を用いていわゆるRCA洗浄を行う。
次に、CVD法により、n型エピタキシャル層2上に酸化膜を形成する。
次に、酸化膜上にレジストを塗布した後、ステッパーにより、低濃度p型JTE領域(p型不純物領域)3及び高濃度p型領域(p型不純物領域)4に対応する窓部を有するフォトレジストパターンを形成する。任意の好適な公知のフォトリソグラフィ法によるパターニングを行うことができるが、ステッパーを用いることにより微細パターンからなるフォトレジストパターンを形成することができる。その後、酸化膜をドライエッチングして低濃度p型JTE領域3及び高濃度p型領域4に対応する窓部を形成する。
<P-type impurity region forming step>
First, as shown in FIG. 4, n-type epitaxial layer (n-type silicon carbide layer) 2 is formed on SiC single crystal substrate (silicon carbide substrate) 1.
In order to clean the n-type epitaxial layer (n-type silicon carbide layer) 2, the substrate is cleaned. As the cleaning, for example, so-called RCA cleaning is performed using sulfuric acid + hydrogen peroxide, ammonium hydroxide + hydrogen peroxide, hydrochloric acid + hydrogen peroxide, hydrofluoric acid aqueous solution, or the like.
Next, an oxide film is formed on the n-
Next, after applying a resist on the oxide film, a photo having windows corresponding to the low-concentration p-type JTE region (p-type impurity region) 3 and the high-concentration p-type region (p-type impurity region) 4 by a stepper. A resist pattern is formed. Although patterning by any suitable known photolithography method can be performed, a photoresist pattern including a fine pattern can be formed by using a stepper. Thereafter, the oxide film is dry etched to form windows corresponding to the low concentration p-
次に、窓部が形成された酸化膜をマスクとして用いて、p型不純物となるアルミニウムまたはボロンをn方エピタキシャル層2にイオン注入する。その後、再び酸化膜上にレジストを塗布した後、ステッパーにより、高濃度p型領域4に対応する窓部を有するフォトレジストパターンを形成、その後、酸化膜をドライエッチングして高濃度p型領域4に対応する窓部を形成する。次に、窓部が形成された酸化膜をマスクとして用いて、p型不純物となるアルミニウムまたはボロンをn型エピタキシャル層2にイオン注入する。その後、酸化膜を除去する。
Next, using the oxide film in which the window portion is formed as a mask, ion implantation of aluminum or boron as a p-type impurity is performed into the n-
次に、n型エピタキシャル層2上に、スパッタ法により炭化膜(例えば、カーボン膜)を形成した後、イオン注入を行ったp型不純物の活性化を行うため、高温の熱処理(例えば、1700℃の熱処理)を不活性ガス雰囲気または真空中で行う。その後、炭化膜を除去する。これにより、低濃度p型JTE領域3と高濃度p型領域4を形成する。
なお、炭化膜は、スパッタ法の代わりに、有機物を塗布した後、熱処理をして形成してもよい。
図5は、低濃度p型JTE領域3と高濃度p型領域4を形成後の時点の状態を示す断面工程図である。
Next, after a carbide film (for example, a carbon film) is formed on the n-
The carbonized film may be formed by applying an organic material and then performing a heat treatment instead of the sputtering method.
FIG. 5 is a cross-sectional process diagram showing a state at the time after the formation of the low concentration p-
<保護膜形成工程>
次に、低濃度p型JTE領域3と高濃度p型領域4を形成したn型エピタキシャル層2上に、例えば、CVD法により、シリコン酸化膜(SiO2)からなる表面保護膜7を形成する。
図6は、この時点の状態を示す断面工程図である。
<Protective film formation process>
Next, a surface
FIG. 6 is a sectional process diagram showing the state at this point.
<裏面オーミック電極形成工程>
次に、例えばスパッタ法または蒸着法により、低濃度p型JTE領域3及び高濃度p型領域4を形成したSiC単結晶基板1の裏面に、例えば、Niからなる金属膜を形成する。
次いで、熱処理(例えば、950℃の熱処理)を不活性ガス雰囲気または真空中で行って、裏面オーミック電極8とする。これにより、裏面オーミック電極8は、SiC単結晶基板1の裏面と良好なオーミックコンタクトを形成する。
図7は、この時点の状態を示す断面工程図である。
次に、図8に示すように、表面保護膜7を除去する。
<Backside ohmic electrode formation process>
Next, a metal film made of, for example, Ni is formed on the back surface of the SiC
Next, heat treatment (for example, heat treatment at 950 ° C.) is performed in an inert gas atmosphere or vacuum to form the back
FIG. 7 is a sectional process diagram showing the state at this point.
Next, as shown in FIG. 8, the surface
<p型オーミック電極形成工程>
次に、高濃度p型領域4上に、リフトオフ法やエッチング法等の方法を用いて所望の大きさのp型オーミック電極5を形成する。
p型オーミック電極5の形成は、高濃度p型領域4を形成したn型エピタキシャル層2上にチタンを積層する工程(チタン積層工程)と、積層されたチタンの上方にアルミニウムを積層する工程(アルミニウム積層工程)と、熱処理により合金化する工程(熱処理工程)とから概略構成されている。
以下では、リフトオフ法を用いた場合について説明する。
<P-type ohmic electrode formation process>
Next, a p-
The p-
Below, the case where the lift-off method is used is demonstrated.
まず、前処理として基板のおもて面(高濃度p型領域4を形成した面)を洗浄する。洗浄としては例えば、硫酸+過酸化水素、水酸化アンモニウム+過酸化水素、塩酸+過酸化水素、フッ酸水溶液等を用いていわゆるRCA洗浄を行う。
次に、清浄化されたおもて面上に酸化膜(図示せず)を形成する。
次に、酸化膜上にレジストを塗布した後、ステッパーにより、p型オーミック電極5を形成する領域(高濃度p型領域4の一部)に対応する部分に開口部を有するフォトレジストパターンを形成する。任意の好適な公知のフォトリソグラフィ法によるパターニングを行うことができるが、ステッパーを用いることにより微細パターンからなるフォトレジストパターンを形成することができる。
次に、ウェットエッチングによって、酸化膜のうち、レジストによって覆われていない部分を除去して高濃度p型領域4の表面の一部(p型オーミック電極5を形成する領域)を露出させる。
First, as a pretreatment, the front surface of the substrate (the surface on which the high concentration p-
Next, an oxide film (not shown) is formed on the cleaned front surface.
Next, after applying a resist on the oxide film, a photoresist pattern having an opening in a portion corresponding to a region (a part of the high-concentration p-type region 4) where the p-
Next, by wet etching, a portion of the oxide film that is not covered with the resist is removed to expose a part of the surface of the high-concentration p-type region 4 (region where the p-
(チタン積層工程)
次に、図9に示すように、例えば、スパッタ法または蒸着法を用いて、露出された高濃度p型領域4の表面の一部及びフォトレジスト上にチタン膜を積層する。これにより、チタン層15aが形成される。
(Titanium lamination process)
Next, as shown in FIG. 9, a titanium film is laminated on a part of the exposed surface of the high-concentration p-
(アルミニウム積層工程)
次に、図9に示すように、スパッタ法または蒸着法を用いて、チタン層15a上にアルミニウム層15bを積層する。
ここで、チタン層15a及びアルミニウム層15bの膜厚は、それぞれ10〜10000Åであることが好ましく、100〜1000Åがより好ましく、500〜1000Åが特に好ましい。チタン層15a及びアルミニウム層15bの膜厚が10Å未満であるとオーミック接合に充分な電極層が形成できないために好ましくなく、10000Åを超えると周囲の絶縁膜等に影響が出るおそれがあるために好ましくない。
(Aluminum lamination process)
Next, as shown in FIG. 9, an
Here, it is preferable that the film thicknesses of the
また、本実施形態では、p型オーミック電極5を形成する際のチタンとアルミニウムとの積層順序を上記のように規定することを特徴とするものである。
次に、リフトオフ(酸化膜及びレジストを剥がす)を行うことにより、図9に示すように、高濃度p型領域4上にチタン層15a及びアルミニウム層15bの積層構造を形成する。
In the present embodiment, the stacking order of titanium and aluminum when forming the p-
Next, by performing lift-off (peeling the oxide film and resist), a laminated structure of a
(熱処理工程)
次に、図10に示すように、積層されたチタン層15aとアルミニウム層15bとを熱処理により合金化してp型オーミック電極5を形成する。
熱処理には、赤外線ランプ加熱装置(RTA装置)等を用いることができる。熱処理温度は、880〜930℃が好ましく、890〜910℃がより好ましい。熱処理温度が880℃未満であると合金化反応が充分に促進しないため好ましくなく、930℃を超えると拡散の制御が困難となって所望の合金組成を得られないために好ましくない。また、熱処理時間は、1〜5分が好ましく、1〜3分がより好ましい。熱処理時間が1分未満であると合金化反応が充分に促進しないため好ましくなく、5分を超えると基板との反応が進行しすぎてしまい電極の表面が荒れてしまうために好ましくない。なお、熱処理は、不活性ガス雰囲気で行うことが好ましく、アルゴン雰囲気で行うことがより好ましい。このようにして、チタン−アルミニウムからなる二元系の合金膜を形成する。
(Heat treatment process)
Next, as shown in FIG. 10, the
An infrared lamp heating device (RTA device) or the like can be used for the heat treatment. The heat treatment temperature is preferably 880 to 930 ° C, and more preferably 890 to 910 ° C. If the heat treatment temperature is less than 880 ° C., the alloying reaction is not sufficiently promoted, and it is not preferable, and if it exceeds 930 ° C., diffusion control becomes difficult and a desired alloy composition cannot be obtained. The heat treatment time is preferably 1 to 5 minutes, more preferably 1 to 3 minutes. If the heat treatment time is less than 1 minute, the alloying reaction is not sufficiently promoted, and if it exceeds 5 minutes, the reaction with the substrate proceeds excessively and the surface of the electrode becomes rough. Note that the heat treatment is preferably performed in an inert gas atmosphere, and more preferably in an argon atmosphere. In this way, a binary alloy film made of titanium-aluminum is formed.
<ショットキー電極形成工程>
次に、p型オーミック電極5を形成したn型エピタキシャル層2上にレジストを塗布した後、フォトレジストパターンを形成する。
次に、スパッタ法または蒸着法により、窓部を形成したレジスト上に、例えば、チタンまたはモリブデンなどからなる金属膜を形成する。
次に、レジストを除去(リフトオフ)することにより、窓部に形成された金属膜のみをp型オーミック電極5を覆うように残すことができる。
次に、ショットキー障壁制御のための熱処理(例えば、600℃での熱処理)を不活性ガス雰囲気で行い、ショットキー電極6を形成する。ショットキー電極6は、SiC単結晶基板1に接続され、ショットキーコンタクトを形成している。
図11は、この時点の状態を示す断面工程図である。
なお、この工程はリフトオフ法ではなく、ショットキー電極6の形状にレジスト保護膜を形成し、ウェットまたはドライエッチングにてショットキー電極6以外の部分を除去して形成してもよい。
<Schottky electrode formation process>
Next, after applying a resist on the n-
Next, a metal film made of, for example, titanium or molybdenum is formed on the resist in which the window has been formed by sputtering or vapor deposition.
Next, by removing (lifting off) the resist, only the metal film formed on the window portion can be left so as to cover the p-
Next, heat treatment for controlling the Schottky barrier (for example, heat treatment at 600 ° C.) is performed in an inert gas atmosphere to form the
FIG. 11 is a sectional process diagram showing the state at this point.
In this step, the resist protective film may be formed in the shape of the
<おもて面パッド電極形成工程>
次に、ショットキー電極6を形成したn型エピタキシャル層2上にレジストを塗布した後、露光・現像により、フォトレジストパターンを形成する。
次に、スパッタ法または蒸着法によって、窓部を形成したレジスト上に、例えば、アルミニウムからなる金属膜を形成する。
次に、そのレジストを除去(リフトオフ)することにより、窓部に形成された金属膜のみをショットキー電極6上に残すことができる。
これにより、ショットキー電極6に接続されたおもて面パッド電極(第1の電極)9を形成する。
図12は、この時点の状態を示す断面工程図である。
<Front surface pad electrode formation process>
Next, after applying a resist on the n-
Next, a metal film made of, for example, aluminum is formed on the resist in which the window has been formed by sputtering or vapor deposition.
Next, by removing the resist (lift-off), only the metal film formed on the window can be left on the
Thereby, the front surface pad electrode (first electrode) 9 connected to the
FIG. 12 is a sectional process diagram showing the state at this point.
次に、表面パッド電極9を形成したn型エピタキシャル層2上に、パッシベーション膜を塗布する。パッシベーション膜としては、例えば、感光性ポリイミド膜を用いる。
次に、露光・現像により、パターン化されたパッシベーション膜10を形成する。
図13は、この時点の状態を示す断面工程図であって、おもて面パッド電極9の表面の一部が露出され、表面パッド電極9の端部9cのみを覆うようにパッシベーション膜10が形成されている。
最後に、スパッタ法で、裏面オーミック電極8上に、裏面パッド電極(第2の電極)11として、例えば、Ni/Agなどからなる2層の金属膜を形成する。
Next, a passivation film is applied on the n-
Next, a patterned
FIG. 13 is a cross-sectional process diagram illustrating the state at this time. The
Finally, a two-layer metal film made of, for example, Ni / Ag or the like is formed as the back surface pad electrode (second electrode) 11 on the back
以上の工程により、図1に示すショットキーバリアダイオード100を作製する。
Through the above process, the
1 炭化珪素基板
2 n型炭化珪素層
3 低濃度p型JTE領域
4 高濃度p型領域
5 p型オーミック電極
6 ショットキー電極
8 裏面オーミック電極
9 おもて面パッド電極(第1の電極)
11 裏面パッド電極(第2の電極)
1 silicon carbide substrate 2 n-type
11 Back pad electrode (second electrode)
Claims (4)
前記炭化珪素基板上に形成されたn型炭化珪素層と、
前記n型炭化珪素層の表面近傍に、平面視してリング状に形成された低濃度p型JTE領域と、
前記n型炭化珪素層の表面近傍の前記低濃度p型JTEの内側に、該低濃度p型JTE領域に接触して、平面視してリング状に形成された高濃度p型領域と、
前記高濃度p型領域上の一部に形成されたp型オーミック電極と、
前記p型オーミック電極を覆うと共に、前記高濃度p型領域上及び前記n型炭化珪素層上に形成されたショットキー電極と、
前記ショットキー電極上に形成された第1の電極と、
前記炭化珪素基板の前記n型炭化珪素層が形成されていない側に形成された第2の電極と、を備えたことを特徴とする炭化珪素半導体装置。 A silicon carbide substrate;
An n-type silicon carbide layer formed on the silicon carbide substrate;
A low-concentration p-type JTE region formed in a ring shape in plan view in the vicinity of the surface of the n-type silicon carbide layer;
A high-concentration p-type region formed in a ring shape in plan view in contact with the low-concentration p-type JTE region inside the low-concentration p-type JTE near the surface of the n-type silicon carbide layer;
A p-type ohmic electrode formed in a part on the high-concentration p-type region;
A Schottky electrode that covers the p-type ohmic electrode and is formed on the high-concentration p-type region and the n-type silicon carbide layer;
A first electrode formed on the Schottky electrode;
A silicon carbide semiconductor device comprising: a second electrode formed on a side of the silicon carbide substrate where the n-type silicon carbide layer is not formed.
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